Galileo: Was ist der Sinn eines europäischen GPS-Systems?

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Das europäische Satellitennavigationssystem Galileo soll, ähnlich dem amerikanischen NAVSTAR-GPS und dem russischen GLONASS-System, der Lieferung weltweiter Daten zur genauen Positionsbestimmung dienen. Das von Beginn an stark umstrittene Projekt befindet sich nach der Planungs- und Errichtungsphase nunmehr in der Phase der Fertigstellung. Kritisiert wurde das Projekt aufgrund der immensen Kosten, die es verursacht, und die im Lauf der Zeit immer weiter stiegen. Außerdem wurde die Sinnhaftigkeit häufiger in Frage gestellt, da es ohnehin das amerikanische GPS gibt. Befürworter jedoch betonen die Wichtigkeit einer von den Amerikanern unabhängigen europäischen Satellitennavigation.

Galileo – Planungsstand und Kosten

Das, anders als das amerikanische und das russische Satellitennavigationssystem, für zivile Zwecke konzipierte Galileo untersteht keiner nationalen militärischen Kontrolle. Es soll aber der Europäischen Sicherheitspolitik zur Verfügung stehen. 2012 befindet sich das Projekt in der Umsetzungsphase, nachdem die ersten zwei Satelliten 2011 ins All befördert wurden. Im September 2012 sollen weitere zwei Satelliten folgen. Die ersten Dienste werden laut Planung 2014 verfügbar sein. Für spätestens 2020 ist die Betriebsbereitschaft der gesamten Konstellation mit dreißig Satelliten vorgesehen. Die Kosten für das von vielen Seiten, auch der Großindustrie, immer wieder in Frage gestellte und kritisierte Galileo-Projekt beliefen sich bis 2007 auf 1,5 Mrd. Euro. Die für die Fertigstellung vorgesehenen 3,4 Mrd. Euro aus dem EU-Haushalt werden sich bis 2020 voraussichtlich auf 5,3 Mrd. Euro erhöhen und so um einiges höher ausfallen als geplant.

Galileo- ein Quantensprung im Vergleich zu GPS?

Neben den hohen Kosten stellen Gegner des Projekts die Sinnhaftigkeit eines weiteren Satellitennavigationssystems in Frage. Das Projekt wird auch als überdimensioniert bezeichnet. Von offizieller Seite gibt es jedoch sehr optimistische Prognosen in Bezug auf die wirtschaftlichen und sozialen Vorteile von Galileo. Außerdem wird die Überlegenheit der EU-Satelliten im Vergleich zu den amerikanischen betont. Galileo sei im Vergleich zu GPS ein Quantensprung. Im Jahr 2014 soll die noch bessere GPS III-Technik bereit zum Einsatz sein. Eine dreidimensionale Positionsbestimmung mit einer Abweichung unter vier Metern stellt das amerikanische GPS mit 15-29 Metern in den Schatten. Vor allem im Katastropheneinsatz kann sich der Unterschied lebensrettend auswirken. Ein zukunftsweisender Qualitätssprung wird jedoch nur erreicht, wenn Galileo mit den schon bestehenden Systemen GLONASS und GPS integriert wird. Die Kompatibilität von Galileo mit GPS III ist schon vorgesehen. Als Rechtfertigung für den großen Aufwand reichen diese Begründungen jedoch nicht, nach weiteren Anwendungsmöglichkeiten wird zurzeit noch gesucht. Denkbar ist der Einsatz in der Landwirtschaft, beim Andocken von Schiffen und in der nächsten Generation von Auto-Navigationssystemen. Auch Piloten können von der genaueren Ortung profitieren.

Bedeutung von Galileo für die EU

Selbst wenn die optimistischen wirtschaftlichen Prognosen der EU in Bezug auf Galileo übertrieben sein sollten, ist es doch wichtig, dass Europa ein von den USA unabhängiges Satellitennavigationssystem zur Verfügung hat. Vor allem die größere Präzision und Genauigkeit zeichnen Galileo aus. In Kombination mit dem amerikanischen GPS lassen sich so nach Umweltkatastrophen Einsätze präziser und genauer durchführen. Allein dieser Grund spricht sehr für das Projekt. Trotzdem würde eine genaue Offenlegung der wirklichen Beweggründe der EU die Glaubwürdigkeit von Galileo stärken. So sollen im Hintergrund nationale und militärische Interessen eine große Rolle spielen.

Gen-Food: Risiken & Nebenwirkungen

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Gentechnisch veränderte Lebensmittel sind seit Jahren ein heißt umstrittenes Thema. Immer wieder geraten Befürworter und Gegner aneinander und es gibt sicherlich Punkte, die für genetische veränderte Lebensmittel sprechen, doch noch viel mehr, die im Moment dagegen sprechen. Allerdings sind die langfristigen Auswirkungen auf den Köper und die Umwelt noch lange nicht absehbar, da die Gentechnik noch ein sehr neues Forschungsgebiet ist.

Risiken für die Umwelt
Ertragreicher, resistenter gegen Krankheiten und geringe Ansprüche an den Standort – diese und ähnliche Eigenschaften sollen genetisch verändert Lebensmittel mit sich bringen. Auf den ersten Blick scheint dies nicht schlecht zu sein, das Problem dabei ist allerdings, dass dadurch die Artenvielfalt verloren gehen wird. Gerade die unterschiedlich vorherrschenden Standorte und klimatischen Bedingungen haben zahlreiche Pflanzensorten hervor gebracht. Ein weiteres Problem bei genetisch verändertem Pflanzen ist, dass die Samen nicht mehr keimfähig sind. Diese sogenannten Hybridsamen können in den meisten Fällen keine keimfähigen neuen Samen ausbilden. Gerade für Regionen, die wirtschaftlich schlechter gestellt sind, ist dies aber unumgänglich, da der finanzielle Aufwand, jedes Jahr neues Saatgut zu kaufen, viel zu hoch wäre. Natürlich können genetisch veränderte Lebensmittel Auswirkungen auf die gesamte Natur haben und so könnten bisherige Pflanzenschutzmittel nicht mehr wirken. Es würde spezielle Herbizide benötigen, gegen die möglicherweise Unkräuter resistent werden. Natürlich ist die Bedrohung für die Tierwelt auch sehr hoch. Durch veränderte Spritzmittel könnten auch Nützlinge wie etwa Bienen getötet werden, was verheerende Folgewirkungen hätte.

Nebenwirkungen auf den menschlichen Organismus
Noch fehlen Belege, ob genetisch veränderte Lebensmittel Einfluss auf unseren Körper haben, allerdings sind fehlende Beweise kein Ausschluss für mögliche Schädigungen etwa am menschlichen Erbgut. Es können beispielsweise fremde Gene über den Magen-Darm-Trakt aufgenommen werden und sich so in die menschliche Genstruktur einnisten. Zudem könnten neue Proteine bei der Verdauung produziert werden, die möglicherweise sogar den Körper schädigen können. Bei genetisch veränderten Lebensmitteln ist das Risiko hoch, dass sie bei den Menschen Allergien auslösen können bzw. es verstärkt zu Lebensmittelunverträglichkeiten kommen kann. Natürlich bleibt fraglich, welchen Nährwert und wie vitaminreich genetische Lebensmittel sein werden. Zwar werden genetisch veränderte Lebensmittel immer mit dem Slogan verkauft, dass sie das Hungerproblem lösen könnten, doch wenn sie zu wenig Nährwert besitzen, bleibt es fraglich, wie sinnvoll genetisch veränderte Lebensmittel sind.

Zwischen Wahrheit und Profit
Natürlich steck hinter der Gentechnik eine riesige Industrie, die mittlerweile viel Profit wittert. Sie verkauft fragwürdige Methoden als Lösung für die Probleme der Menschheit. Doch bei dem ganzen Profit bleibt die Frage, könnten sich wirklich jene Menschen, die davon möglicherweise profitieren könnten, sich dieses Saatgut dann auch leisten? Wissenschaftler, die sich sehr kritisch über Gen-Food geäußert haben, wurden mundtot gemacht und mussten oft sogar ihre wissenschaftliche Karriere beenden. Der Profit vertreibt zudem jedes Jahr zahlreiche Pflanzen, die nicht den gewünschten Ertrag bringen, allerdings in vielen Regionen sehr gut gedeihen würden. Früher oder später würde dann die Menschheit vielleicht sogar gezwungen sein, auf die genetisch veränderten Lebensmittel zurück zu greifen, weil sie sonst keine andere Möglichkeit mehr hätten.

LTE – das Internet von morgen?

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LTE steht für “Long Term Evolution” und wird den heutigen UMTS-Standard auf lange Sicht ablösen. Zwar sind derzeit erst die wenigsten mobilen Geräte für den neuen Standard ausgerüstet, jedoch wird sich dies in nächster Zeit recht schnell ändern. LTE ermöglicht hohe Übertragungsraten und ist insbesondere für Bewohner in ländlichen Gebieten ohne Breitband-Internet über DSL eine echte Alternative. Bevor Sie sich für einen Wechsel entscheiden, sollten Sie jedoch die genaue weitere Entwicklung abwarten.

Welche Vorteile bringt die neue Technik?

In erster Linie werden die schnellen Übertragungsraten als Vorteil für den LTE-Standard genannt. Theoretisch können Übertragungsraten von bis zu 300 Mbit/s erreicht werden. Da die mögliche Datenrate auch von der Anzahl der Nutzer abhängt, die sich in einer Zelle befinden werden diese Übertragungsraten vermutlich nicht erreicht werden. Sie können bei verschiedenen Anbietern jedoch bereits jetzt bis zu 50 Mbit/s betragen. Abgesehen von der reinen Übertragungsrate verringert sich mit LTE auch die Latenzzeit deutlich, was insbesondere bei schnellen Online-Spielen oder der Videotelefonie von Bedeutung ist. Somit ist LTE auch ein echter Konkurrent zu den DSL-Festnetzanschlüssen. Damit auch Bewohner in ländlichen Gebieten künftig von schnellen Internetzugängen profitieren können, wurden die Anbieter von der Bundesregierung angewiesen, zuerst den Ausbau in diesen Regionen voranzutreiben. Für die Provider bietet sich der Vorteil, dass die Technik auf ihrem Vorgänger aufbaut. Dadurch lässt sich der Ausbau relativ kostengünstig durchführen. Dazu kommt, dass LTE-Signale eine höhere Reichweite besitzen, wodurch weniger Sendemasten benötigt werden, was eine weitere Einsparung bei den Kosten bedeutet.

LTE in Deutschland

Bereits 2010 wurden die für LTE benötigten Funkfrequenzen für insgesamt 4,38 Milliarden Euro versteigert. Dabei waren besonders die Frequenzen im 800-MHz-Bereich begehrt. Auf diesen wurde früher analoges Fernsehen übertragen. Aktuell erhalten Sie LTE bei den drei Providern Telekom, Vodafone und O2. Nach Angaben des Providers Vodafone versorgt dieser aktuell 100.000 Kunden mit der neuen Technik. Es gibt jedoch noch einigen Verbesserungsbedarf. Da die Provider nicht überall eigene Netze aufbauen müssen, steht Ihnen in manchen Regionen nur ein Anbieter zur Verfügung. Dieser verfügt dann über eine Monopolstellung, was sich negativ auf die Preisgestaltung auswirkt. Zudem gibt es bei den aktuellen Tarifen erhebliche Einschränkungen hinsichtlich der Übertragungsraten. So drosseln die Anbieter die Datenrate ab einem bestimmten Verbrauch zum Teil sehr deutlich. Dadurch können Sie aktuell noch Flatrate erhalten, die mit DSL-Angeboten vergleichbar wäre. Aus diesen Gründen sollten Sie genau überlegen, ob Sie bereits jetzt auf LTE umsteigen.

Besser noch etwas abwarten

Wenn Sie aktuell bereits einen DSL-Anschluss besitzen, sollten Sie mit einem Wechsel besser noch etwas warten. Zu einen ist die weitere Entwicklung noch nicht genau abzusehen und zum anderen steht Ihnen derzeit nur eine sehr begrenzte Auswahl an Hardware zur Verfügung. Darüber hinaus sind auch die zurzeit angebotenen Tarife noch nicht wirklich attraktiv. Da diese zumeist mit einer entsprechenden Vertragslaufzeit verbunden sind, gestaltet sich ein späterer Wechsel durchaus schwierig. Es gibt jedoch wenig Zweifel, dass LTE bereits in relativ kurzer Zeit den jetzigen Standard ablösen wird. Dies wird dann auch den Wettbewerb erhöhen, was sich positiv auf die angebotenen Preise auswirken dürfte.

Die Anfänge der Nanotechnologie

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In der Bezeichnung Nanotechnologie ist das griechische Wort “Nanos” enthalten, das seiner Bedeutung nach mit dem Wort “Zwerg” übersetzt wird. Die Nanotechnologie beschäftigt sich mit Prozessen und Strukturen, die auf kleinster atomarer Ebene ablaufen. Ziel dieser Technologie ist es, Werkstoffe und deren Strukturen so zu beeinflussen, dass ihre Eigenschaften in allen Bereichen des Lebens noch effizienter genutzt werden können.

Der Start in ein neues Zeitalter

Die Anfänge der Nanotechnologie werden heute auf das Jahr 1959 datiert, als der amerikanische Nobelpreisträger und Physiker Richard P. Feynman in einem Vortrag eine Vision entwarf, nach der Prozesse in winzigem Maßstab auf atomarer Ebene beeinflusst und gesteuert werden können. Dies blieb zunächst eine These, denn die technischen Voraussetzungen für die Beobachtung und Überwachung dieser Prozesse waren noch nicht vorhanden. Der revolutionäre Gedanke hinter den Ausführungen in seinem Vortrag zeigt sich in der Tatsache, dass erst zu Beginn der 80er Jahre des letzten Jahrhunderts entsprechende Mikroskope zur Verfügung standen. Obwohl Feynman keinen aktiven wissenschaftlichen Beitrag in dem Bereich geleistet hat, wird die Gründung der Nanotechnologie als interdisziplinäre Technologie heute auf ihn zurückgeführt. Interdisziplinär bedeutet wissenschaftsübergreifend, weil in der Nanotechnologie chemische, physikalische und biologische Prozesse gesteuert werden.

Die ersten Erfolge auf atomarer Ebene

Die Forschungen zur Visualisierung von Atomen und deren gezielte Beeinflussung liefen in den 70er und 80er Jahren auf Hochtouren. Die Bemühungen mehrerer Technologieunternehmen mündeten 1982 in einem Erfolg des Schweizer Forschungslabors von IBM. Heinrich Rohrer und Gerd Binnig entwickelten das Rastertunnelmikroskop und präsentierten es im gleichen Jahr der Öffentlichkeit. Mit diesem Instrument wurde es möglich, Atome und ihr Verhalten zu beobachten. Die zielgenaue Beeinflussung und Veränderung der Positionierung der Atome im Raum gelang 1990 dem Forscher Don Eigler. Der staunenden Öffentlichkeit wurde demonstriert, wie sich 35 Xenon-Atome auf einer Oberfläche zum Schriftzug “IBM” formieren ließen. Großen Anteil an der Entwicklung der Nanotechnologie hatte der Wissenschaftler Eric Drexler. Er schuf in seinen Werken die theoretischen Grundlagen für die Einsatzmöglichkeiten der Technologie und entwickelte Visionen für die praktische Anwendung. Seine Ideen bezogen sich auf Atome, die sich selbst reproduzieren und nach vorher bestimmten Mustern wieder zusammengesetzt werden. Viele seiner Visionen sind heute noch keine Realität, dennoch haben seine Auffassungen maßgeblich die Richtung der Forschung bestimmt. Seine Vorstellungen von Lebensmitteln, die sich selbst reproduzieren oder winzigen Robotern, die im menschlichen Körper gegen Krebstumore eingesetzt werden, gehören heute noch ins Reich der Fantasie.

Die Möglichkeiten einer jungen Technologie

Die Nanotechnologie ist eine sehr junge Technologie. Die praktische Umsetzung der theoretischen Grundlagen hat gerade erst begonnen. Viele Entwickler auf der ganzen Welt arbeiten mit Hochdruck an der Weiterentwicklung neuartiger Materialien und Werkstoffe. Verwendung finden Nanopartikel bereits in Sonnencremes, Autolacken und bestimmten Bereichen der Landwirtschaft. Ziel vieler aktueller Forschungen ist die Herstellung einer selbstreinigenden Oberfläche. Dieser sogenannte Lotuseffekt geht auf die Lotusblüte zurück, an deren Blättern das Wasser abperlt und gleichzeitig Schmutz- und Staubpartikel mitnimmt.

Einsatzgebiete der Nanotechnologie in Multimediasektor

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In den letzten Jahren hat die Nanotechnologie große Fortschritte gemacht, sodass man sie heute schon in zahlreichen Produkten findet, ohne dass man es weiß. Aber die Entwicklung bleibt nicht stehen und geht ständig weiter, was man an immer neuen Produkten sieht, die auf Nanotechnologie basieren oder in denen Nanotechnologie enthalten ist.

Nano ist nicht gleich Nano

Als Nanopartikel werden Materialien bezeichnet, die nicht größer als 100 Nanometer sind. Bei manchen Produkten verwischt jedoch die Grenze zwischen Nanotechnologie und herkömmlichen Technologien. Der Grund ist der, dass man auf der „Trendwelle“ mitschwimmen will und den jeweiligen Rohstoff aufwerten möchte. Dies betrifft vor allem Zusatzstoffe für Lacke in der Autoindustrie, die schon seit Jahrzehnten auf dem Markt sind. Dazu gehören zum Beispiel auch Kieselsäuren und Ruß. Streng genommen sind dies jedoch keine Nanopartikel. “Echte” Nanopartikel begegnen einem jedoch heute schon in vielen Anwendungen im Alltag, aber auch in der Medizin sind Technologien auf Basis von Nanopartikel auf den Vormarsch. Nanopartikel haben oftmals ein Vorbild in der Natur. Das wahrscheinlich bekannteste Beispiel ist sicherlich der sogenannte “Lotuseffekt”. Dieser bezeichnet Oberflächen, an denen Verschmutzungen abperlen.

Nano in der Technologie

Doch auch in der Technik sind Nanostrukturen immer mehr auf dem Vormarsch oder werden sogar schon in Digitalkameras, Handys, PCs und anderen technischen Geräten eingesetzt. Allerdings sind hier nicht Nanopartikel gemeint, sondern Nano bezieht sich hier auf die Größe der Bauelemente. So sind die Halbleiter in Prozessoren oder die Punkte auf den Bildchips einer Digitalkamera weniger als die oben genannten 100 Nanometer groß. Aufgrund der Nanotechnologie ist es überhaupt erst möglich, dass man heute ein leistungsfähiges Smartphone überallhin mitnehmen kann. Durch die neuen Technologien ist es möglich, sehr viel mehr Leistung bei gleicher Größe aus den Bauteilen zu holen. Doch auch in der Medizin, vor allem in der Zahnmedizin, werden heute schon Techniken angewandt, die auf der Nanotechnik beruhen. So existieren Füllmaterialien auf Nanobasis, welche die Eigenschaften von Flüssigkeiten annehmen können.

Wie sieht die Zukunft der Nanotechnologie aus?

Die Nanotechnologie spielt zwar schon eine recht große Rolle im Alltag, diese Bedeutung wird jedoch in Zukunft noch um einiges anwachsen. Schon heute kann man die Vorteile, die einem zum Beispiel der “Lotuseffekt” oder die Miniaturisierung technischer Bauteile bringen, genießen. Die Entwicklung bleibt jedoch nicht stehen und wird vor allem in der Medizin stark vorangetrieben. So werden Nanopartikel in der Zukunft wahrscheinlich dazu verwendet werden, Medikamente genau an die Stellen des Körpers zu bringen, wo Sie benötigt werden. Auch als Kontrastmittel werden Nanopartikel eine immer größere Bedeutung erlangen. Aus technischer Sicht werden Nanostrukturen dazu genutzt werden, Bauteile mit mehr Leistung bei kleineren Abmessungen zu bauen.

Mikrotechnologie – eine Definition und Zukunftsaussichten

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Ohne die Errungenschaften der Mikrotechnologie wäre das tägliche Leben heute kaum mehr vorstellbar. Die Innovationen von Forschern auf diesem Gebiet finden sich in zahlreichen technischen Geräten. In immer mehr Wirtschaftssektoren gewinnt mikrotechnologisches Wissen an Bedeutung.

Intelligente Kleinsttechnik ist in vielen Bereichen gefordert

Erst durch Mikrotechnologie können viele weitverbreitete Gerätschaften produziert werden. Es handelt sich dabei um Teile, deren Größe mindestens einhundert Nanometer und höchstens ein Millimeter beträgt. Solche Verfahren sind nicht auf ein bestimmtes Forschungsgebiet begrenzt. So findet die Mikrotechnologie zum Beispiel in der Elektronik Einsatz. Ohne solche Kleinstteile wären Computer oder Smartphones wesentlich größer. Damit ist schon eine Herausforderung angesprochen: Häufig geht es darum, zuvor größere Komponenten in kompakteren Formaten zu produzieren. Vielfach ist dies erfolgreich gelungen, hinsichtlich Computern mit der Halbleitertechnik. Dazu müssen unter anderem nur frühere Mobiltelefone mit aktuellen Modellen verglichen werden. Zugleich werden die Geräte leistungsfähiger, da mehr Rechenstärke auf weniger Raum installiert werden kann. Eine solche Elektronik ist nicht nur bei Kommunikationsgeräten nachgefragt, sondern auch bei der Steuerung von Automobilen. Ein weites Feld ist zudem die Medizintechnik. Ausgefeilte Mikrotechnologie wird bei Herzschrittmachern oder künstlichen Gelenken benötigt, auch in der Chirurgie wird darauf zurückgegriffen. Dies zeigt, dass sie sich keinesfalls nur auf Elektronik beschränkt. Sie wird auch bei optischen, mechanischen oder bei biochemischen Produkten angewandt. Das können etwa Pumpen oder Motoren sein. Häufig ist auch eine Mischung aus verschiedenen Elementen gegeben.

Innovative Technik durch Mikrotechnologie und deren Grenzen

In Deutschland gibt es zahlreiche Unternehmen, die mikrotechnologische Komponenten produzieren. Aufgrund der Überalterung der Gesellschaft liegt es auf der Hand, dass die Nachfrage nach qualitativ hochwertigen medizinischen Produkten mit Mikrotechnik steigt. Ein Wachstumsmarkt ist auch durch steigende Ansprüche an den effizienten Einsatz von Energie gegeben. Elektronische Kleinstteile haben ein erhebliches Einsparpotenzial. Auch energieeffiziente Heizungs- und Lüftungssysteme benötigen viele Elemente aus der Mikrotechnologie. Schließlich hält auch der Trend der Computerisierung an. Immer mehr Menschen haben eine Vielzahl an Geräten, die mit mikrotechnologischen Modulen hergestellt werden. Ein Ende des Trends ist nicht abzusehen, vielmehr prophezeien Experten höhere Umsatzzahlen. Zugleich wird elektronische Steuertechnik in zunehmend mehr Bereichen wichtig. Zu denken ist an moderne Autos, die Fahrern eine Vielzahl an elektronisch betriebenen Unterstützungen bereitstellen: vom Einstellen der Fenster und Seitenspiegel bis hin zu Abstandswarnungen und Verschließen des Fahrzeugs mit einem Knopfdruck. Allerdings sind der Mikrotechnologie in der Entwicklung auch Grenzen gesetzt. Komponenten können nur bis zu einem gewissen Format verkleinert werden, danach ist es technisch nicht mehr umzusetzen.

Mikrotechnologie: weiterhin mit Wachstumspotenzialen

Die Mikrotechnologie ist eine Ingenieurswissenschaft, die wesentlich zur technischen Modernisierung unserer Gesellschaft beigetragen hat. In zahlreichen Bereichen hat sie die Entwicklung vorangetrieben, die Computer- und Kommunikationstechnik, die Automobilindustrie und die Medizin sind Beispiele. Prognosen lassen darauf schließen, dass ein weiteres Anwachsen realistisch ist. So dürfte aufgrund der Überalterung die Nachfrage nach medizinischen Produkten steigen. Auch bei Computern und Kommunikationsgeräten ist eine Fortsetzung des Verbreitungsprozesses nicht abzusehen. Gewachsene Erfordernisse an Energieeffizienz sind ein weiteres Gebiet, auf dem die Mikrotechnologie an Bedeutung gewinnen kann.

Nanotechnologie als Studiengang – eine kurze Einführung

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Die Nanotechnologie beschäftigt sich mit unvorstellbar kleinen Dingen. Die Erforschung dieser Welten hat der Menschheit bis heute bereits sehr viel Nutzen gebracht. Aber in Zukunft wird es in diesem Bereich noch viel mehr Möglichkeiten geben. Ein Studium im Bereich Nanotechnik führt deshalb in Schlüsseltechnologien der Zukunft ein.

Eindringen in die Dinge, die dem menschlichen Auge verborgen bleiben

Das Element eines angehenden Nanowissenschaftlers sind die Moleküle und die Atome. Ein Nanometer entspricht dem millionsten Teil eines Millimeters. Das bedeutet, dass die Maßeinheiten des Bereiches der Mikrotechnik noch einmal um den Faktor 1000 reduziert werden. Studenten der Nanotechnologie beschäftigen sich also mit unvorstellbar kleinen Bereichen. Zahlreiche Ergebnisse der Arbeit mit dieser Schlüsseltechnologie sind aus unserem Alltag bereits heute nicht mehr wegzudenken. Sie kommen in den Bereichen der Kommunikations- und Informationstechnologien und der Materialwissenschaft umfassend zum Einsatz. Die Eigenschaften vieler Produkte und Geräte konnten schon stark verbessert werden. Autolacke sind viel härter als früher, Farben sind leuchtender, wasser- und schmutzabweisender geworden. Gleichzeitig wird mit Erkenntnissen der Nanotechnologie die Leistungsfähigkeit von Computern wesentlich gesteigert. Handys und Digitalkameras entwickeln sich aufgrund neuer Entdeckungen auch immer schneller. Oft ist ein neues Modell bereits nach einem Jahr veraltet. Viele Wissenschaftler erwarten zudem, dass die Nanotechnologie die Medizin nachhaltig verändern wird. Es werden Operationstechniken möglich, die heute noch ganz undenkbar sind. Vielen Menschen kann dann geholfen werden.

Vielfältige Studienrichtung

Die Studiengänge im Bereich der Nanotechnologie sind sehr unterschiedlich angelegt. So werden Studiengänge angeboten, die die Bereiche Chemie, Biologie, Physik, Elektrotechnik oder Maschinenbau thematisieren. Allerdings sind die Studiengänge in der Regel auch immer fächerübergreifend, da es zwischen den Disziplinen zahlreiche Berührungspunkte gibt. Daneben existieren auch Studiengänge, die sich nur mit Nanodimensionen beschäftigen. Die Universitäten Hannover und Erlangen bieten eine Kombination des Studienganges Nanotechnologie in den Bereichen Bachelor und Master an. Die Universität in Würzburg bietet ein Bachelorstudium im Bereich der Nanostrukturtechnik an. Die Studenten dieser Universitäten werden mit nanotechnologischen Grundlagen vertraut gemacht. Anschließend werden sie befähigt, eigenständig Produkte auf dieser Basis im industriellen Umfeld zu entwickeln. Das Studium ist in der Regel modular aufgebaut und lehrt auch mathematische, chemische und physikalische Grundlagen dieses Wissenschaftszweiges. Auch die Fachhochschulen haben sich auf das steigende Interesse an diesem Bereich vorbereitet. Die Fachhochschule Südwestfalen bildet Absolventen im Bereich Bio- und Nanotechnologie aus.

Viele Berufsperspektiven sind möglich

So breit gefächert wie die Bereiche der Nanotechnologie sind, sind die Möglichkeiten, Karriere zu machen. Ein Studium legt also den sicheren Grundstein eines erfolgreichen Berufslebens. Der Hochschulabsolvent kann nach dem erfolgreichen Examen in die unterschiedlichsten Berufsfelder einsteigen. Diese beginnen im Bereich der Informationstechnik, erstrecken sich über die Umwelttechnik, die Medizintechnik und die Energietechnik. Zurzeit haben Nanotechniker in erster Linie in den Forschungsbereichen der Industrie eine Anstellungsmöglichkeit. Das Deutsche Bundesministerium für Forschung und Bildung geht davon aus, dass in den nächsten Jahren zahlreiche neue Arbeitsplätze im Bereich Nanotechnologie entstehen werden. Komponenten dieses Wissenschaftsbereichs werden vermutlich in alle Industriezweige einfließen. Viele Konzerne, aber auch mittelständische Betriebe, suchen bereits Mitarbeiter für diese Bereiche und arbeiten mit Hochschulen und Universitäten zusammen.

Nanotechnologie – Die Zukunft hat bereits begonnen

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Die Nanotechnologie ist einer der spannendsten Bereiche der modernen Forschung überhaupt. Was Richard Feynman bereits mit seinem bekannten Zitat “Ganz unten ist eine Menge Platz” vorwegnahm, hat sich heute als einer der zukunftsträchtigsten Forschungsbereiche herauskristallisiert, der das Leben aller in hohem Maß verändern könnte. Dieser Weg ist allerdings auch nicht ungefährlich. Vieles, was theoretisch im Bereich des Machbaren liegt, ist auch mit enormen Risiken behaftet. Wie immer, wenn die Wissenschaft quasi totales Neuland betritt.

Biologische Systeme kopieren

Der “Nano-Motor” ist ein Gegenstand vieler wissenschaftlicher Spekulationen und Gedanken. Ein brauchbarer Prototyp dafür existiert bereits seit Jahrmillionen – in den Geißelantrieben von Einzellern, die von in Flüssigkeit eingebetteten und sich aneinander nahezu reibungslos vorbeibewegenden Makromolekülen bewegt werden. Dieser Antrieb ist erstaunlich leistungsfähig und enorm effizient, weitaus effizienter als irgendein Motor, der mit herkömmlicher Mechanik zu konstruieren wäre. Bereits heute weiß man, dass sich Metalle für die Konstruktion komplexer Maschinen in Nano-Größe oder auch für Nano-Motoren allerdings nicht eignen, da sie durch Oxidation verbrennen würden. Was im Großen funktioniert, funktioniert also in der Nano-Welt nicht immer. Darüber hinaus müssen beim Arbeiten mit einzelnen Atomen und Molekülen auch in hohem Maß Quanteneffekte berücksichtigt werden, die ebenfalls einiges verändern, was man von der Mechanik in der “sichtbaren” Welt gewöhnt ist. Beim Nano-Motor bleibt also in jedem Fall nur, das biologische Vorbild möglichst genau zu kopieren – und daraus zu lernen. Die Kalksubstanz von Muscheln lehrt hingegen eine Lektion in Sachen Materialstabilität: Die Nanostruktur ist dort sehr ausgeklügelt angelegt und derart stark, dass sich auf diesem Weg möglicherweise superharte Materialien aufbauen lassen – Molekül für Molekül. Je weiter man in diesen Bereich vordringt, desto mehr Wunder der Natur werden wahrscheinlich entdeckt, die man möglicherweise kopieren und damit für technisch nutzbar machen kann.

Technische Entwicklungen, die in absehbarer Zeit zur Verfügung stehen werden

Die gesamte Halbleitertechnik ist durch den Einsatz der Nanotechnologie bereits auf dem Weg, in den nächsten Jahren noch einmal sehr viel kleiner zu werden. Das bedeutet technisch gesehen, dass winzige Prozessoren mit unglaublicher Leistungsfähigkeit zur Verfügung stehen könnten – und die Entwicklung wird von dort aus sicher weitergehen. In der Nanobiotechnologie werden in absehbarer Zeit Nanopartikel als Transporter von Wirkstoffen oder Kontrastmitteln und besonders bioverträgliche Implantate mit Nano-Oberflächen der Medizin neue Möglichkeiten eröffnen. Im Bereich der Landwirtschaft wird die Nanotechnologie ebenfalls die Trägerfunktion von Nanopartikeln nutzen, um beispielsweise den Pflanzenschutz zu verbessern. Die bereits jetzt begonnene Verbesserung und Umgestaltung von Oberflächen, Lacken und Anstrichen mit chemischen Methoden, um eine Nanostruktur auf der Oberfläche zu erreichen, wird mit Sicherheit technisch in den nächsten Jahren noch wesentlich verbessert, und auf viele weitere Einsatzfelder ausgedehnt werden.
Bis zu programmier- und steuerbaren Nanopartikeln, die als Sensoren, Kameras oder zusammengesetzt als Maschinen funktionieren, ist es noch ein weiter Weg – es ist aber zumindest das Ziel, das die Wissenschaft zu erreichen trachtet. Wie lange bis dorthin noch benötigt wird, und welchen Risiken man auf dem Weg dorthin möglicherweise begegnet, ist allerdings nach dem heutigen Wissensstand kaum abzuschätzen.

Nanotechnologie – der Weg in die Zukunft

Die Menschheit steht gerade erst an der Schwelle all dessen, was durch Nanotechnologie in Zukunft theoretisch möglich werden kann. Die ersten Versuche sind erfolgversprechend, im Bereich von Molekülen und Atomen ist aber auch ein Umdenken erforderlich hinsichtlich der Mechanik und hinsichtlich dessen, was machbar ist. Die zukünftig gewonnenen Erkenntnisse über die Gesetze der Nanowelt werden wahrscheinlich auch in hohem Maß bestimmen, wohin der Weg der Wissenschaft und der technischen Entwicklung dann tatsächlich führen wird.

Wie werden Lebensmittel länger haltbar gemacht?

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Die meisten Lebensmittel verderben innerhalb kürzester Zeit, wenn man sie nicht ordnungsgemäß lagert. Es gibt aber sowohl physikalische als auch chemische Möglichkeiten, um Lebensmittel länger haltbar zu machen. Welche Methoden hierbei jedoch am effektivsten sind, erfahren Sie hier!

Die physikalischen Verfahren

Bakterien zählen zu den häufigsten Erregern für Durchfallerkrankungen. Aber auch Pilze fühlen sich in bestimmten Umgebungen abgelaufener Lebensmittel wohl. All diese Mikroorganismen benötigen zum Wachstum Feuchtigkeit und Wärme. Entfernt man die Lebensmittel von diesen Einflüssen, wird zeitgleich auch die Vermehrung der Bakterien unterbunden. Zu den verträglichsten Methoden zählen hierbei die physikalischen Techniken, bei denen die Lebensmittel gekühlt, eingefroren, eingekocht oder getrocknet werden. Trockenobst, Hülsenfrüchte, Kräuter und Getreide eignen sich gut zum Dörren und Trocknen, wogegen Marmeladen, Konfitüre, Gelee und Chutneys eher eingekocht werden. Die Haltbarkeit dieser Nahrungsmittel erhöht sich dadurch bis zu einem Jahr. Einfrieren sollte man dagegen Gemüse, Fisch, Fleisch, Obst, Backwaren und selbstgekochte Speisen. Die Lagerdauer kann sich dadurch im Idealfall um einige Monate bis zu einem Jahr vergrößern.

Die chemischen Verfahren

Auch eine Vielzahl chemischer Verfahren verlängert die Haltbarkeit unserer Lebensmittel bedeutend. Man muss dabei nicht einmal zu den synthetisch hergestellten Konservierungsstoffen, wie Benzoesäure greifen. Auch viele unserer Haushaltsmittel tragen zu einer größeren Lagerfähigkeit bei. Bei Konfitüre überzuckert man beispielsweise die eingekochten Früchte unter Wärmezufuhr und Wasserentzug, um das Wachstum der Mikroorganismen zu hemmen. Auch eine Verschiebung des pH-Wertes in den sauren Bereich durch Zusatz von Essigsäure tötet zuverlässig Keime ab und verlängert damit die Haltbarkeit um einige Monate. Diese verlängerte Lagerungsfähigkeit kann man auch erreichen, indem man beispielsweise Früchte in Alkohol oder speziell konservierten Lösungen einlegt. Als weiterer wichtiger Zusatzstoff wäre Kochsalz zu nennen, der ebenfalls das Wachstum von Mikroorganismen negativ beeinflusst. Dabei spielt es keine besondere Rolle, ob die Fisch- oder Fleischwaren gesalzen, gepökelt oder geräuchert werden. Essentiell ist der Zusatz von Kochsalz in einer erhöhten Konzentration. Durch den angestrebten Konzentrationsausgleich wird den Keimen das Wasser entzogen. Diese platzen daraufhin auf und sterben ab.

Haltbarkeit überschritten? – Ruhe bewahren

Sowohl physikalische als auch chemische Konservierungsmethoden eignen sich gut zur Verlängerung der Haltbarkeit. Die physikalischen Methoden können mitunter jedoch die Konsistenz verändern, aber nicht den Anteil an Fremdstoffen. Wer also bewusst Wert auf eine gesunde Lebensweise legt, sollte die physikalischen Methoden weitestgehend bevorzugen. Nur weil ein Mindesthaltbarkeitsdatum überschritten wurde, heißt es nicht automatisch, dass das Lebensmittel nicht mehr genießbar ist. In der westlichen Welt wird dieser Eindruck leider viel zu oft vermittelt. Dabei kann jeder auf sein eigenes Konsumverhalten achten und selbst entscheiden, ob sich das Lebensmittel noch zum Verzehr eignet. Aufpassen sollte man jedoch bei Fisch- und Fleischprodukten, da hier die Gefahr besteht, dass sich besonders gefährliche Erreger auf den Lebensmitteln vermehren. Oftmals reichen jedoch hohe Temperaturen zwischen 75°C und 100°C aus, um die vermeintlich verdorbenen Speisen wieder genießbar zu machen. Dieser Hinweis bezieht sich jedoch nicht ausnahmslos auf alle abgelaufenen Lebensmittel und sollte eher als allgemeine Empfehlung zur Keimabtötung angesehen werden.